Fisiología vegetal. Taiz y Zeiger. Fundamentos de..: Azcón-Bieto y Talón. Rutas de los productos secundarios vegetales

1. Metabolitos
Secundarios

2. • Éstas sustancias son conocidas también como productos secundarios
o productos naturales.
• Generalmente no se les reconoce rol directo en el proceso de la
fotosíntesis, respiración, transporte de solutos, translocación, síntesis
de proteínas, asimilación de nutrientes, diferenciación o la
formación de carbohidratos o lípidos.
• También se diferencian de los metabolitos primarios (amino ácidos,
nucleótidos, azúcares y ácidos grasos) en tener una distribución
restrictiva dentro del reino vegetal.

4. • Protegen a las plantas contra herbívoros y microbios patógenos.
• Sirven como atrayentes de animales que les ayudan en la
polinización y la dispersión de semillas; también como agentes
en la competencia planta-planta.

5. • Producto de:
• Rutas metabólicas mutadas
• Mayor oportunidad de reproducción
• Una no excesiva toxicidad para la propias plantas
• Bajo costo metabólico en su producción
• De ésta manera, aquellas plantas que poseían metabolitos
secundarios, dejaban más descendientes que las [plantas] que
no los poseían. Entonces, éstos eran pasados a la siguiente
generación.. Que era más abundante en relación a las plantas
que no poseían éstos metabolitos.

6. • Terpenos
• Compuestos fenólicos (Fenoles)
• Y productos secundarios nitrogenados (alcaloides)

9. Terpenos
• Son insolubles en agua
• Son sintetizados desde la acetil-CoA o por
intermedios glicolíticos.

10. • Los elementos básicos estructurales son llamados unidades de
isopreno. Derivan de la unión de 5 carbonos en la forma de una
cadena ramificada de un isopentano. Porque en altas
temperaturas, los terpenos se descomponen y dan isoprenos.
• Así también a todos los terpenos, ocasionalmente se les llama
como isoprenoides.

11. Son clasificados por el numero de unidades de isopreno que
contienen, aunque por las actividades metabólicas naturales, es
difícil encontrar la unidad, así que se empieza por los dos
unidades.
• 2UI 10 Carbonos Monoterpeno
• 3UI 15 Carbonos Sesquiterpenos
• 4UI 20 Carbonos Diterpenos
• 6UI 30 Carnonos Triterpenos
• 8UI 40 Carbonos Tetraterenos
• >8UI Politerpenos

13. 3 moléculas de acetil CoA se unen para formarle.
A su vez éste, se pirofosforila, se descarboxila y deshidrata,
para producir IPP (Isopentenil difosfato). El IPP es el bloque de
construcción de los terpenos, constituido por 5 carbonos.

14. Recientemente se descubrió que el IPP puede formarse a
partir de intermedios de la glicolisis o la via cíclica de reducción
del carbono a través de un conjunto separado (no muy bien
estudiado) de reacciones.
Lo único que se sabe es: el gliceraldehido-3-fosfato y 2
átomos de carbono derivados del piruvato parecen combinarse
para formar el intermedio (MEP) que eventualmente será
convertido en IPP o DPP.

16. El IPP y su combinación de isómeros para formar terpenos
más grandes: IPP+…
+ Dimetilalil difosfato (DMAPP) = Geranil Difosfato (GPP) (DMAPP=5carbonos)
El precursor de casi todos los
monoterpenos (10 carbonos)
+ GPP = Farnesilo Difosfato (FPP)
El precursor de casi todos los
sesquiterpenos (15 carbonos)
+FPP = Geranil Geranil Difosfato
(GGPP) El precursor de todos los
diterpenos (20 carbonos)
FPP x2= Triterpenos (30C) GGPP x2= Tetraterpenos (40C)

17. Las giberelinas: Hormonas de crecimiento vegetal.
Los esteroles: Derivados triterpénicos que son compuestos esenciales de
la membrana celular.
Los carotenoides rojo, naranja y amarillo son tetraterpenos que sirven
como pigmentos accesorios en la fotosíntesis y protegen a los tejidos
fotosintéticos de la fotoxidación.
El ácido abscisico es un sesquiterpeno (15C).
Politerpenos alcoholicos de cadena larga, conocidos como dolicoles
funcionan como portadores de azúcar en la pared celular y la síntesis de
glicoproteína.
Cadenas laterales derivadas de terpenos como la cadena lateral de fitol
de la clorofila ayudan a anclar ciertas moléculas en la membrana.
Aún así, la vasta mayoría de los terpenos están destinados a la defensa.

18. Son toxinas y otros tipos más de disuasorios.
• Por ejemplo los piretroides, que tienen una muy fuerte actividad insecticida en las
especies de crisantemos. Muchas coníferas responden a la infestacion de escolotinos
al producir cantidades adicionales de monoterpenos.
-Muchas plantas contienen mezclas de monoterpenos volátiles y
sesquiterpenos, llamados aceites esenciales que le dan un olor
característico a su follaje. Por ejemplo la menta, limón, albahaca y
salvia. Se encuentran en pelos glandulares que tienen un espacio
extracelular modificado para almacenarles.
-Algunos incluso atraen insectos depredadores y parasitarios.

19. -Entre los monoterpenos no volátiles se encuentran los
limonoides (Triterpenos), de los frutos cítricos. Quizás el más
poderoso disuasivo es el de Azadirachtin indica o nim, se utiliza
en dosis como de 50 partes por millón, ejerciendo una variedad
de efectos tóxicos.
-Algunos como la fitoecdisona, inhiben la muda en los insectos.
-Los cardenolidos (glucósidos) son triterpenos altamente
mortales para los vertebrados. Influyen en el musculo cardiaco,
pues modifican el radio sodio/potasio que termina alterando a
las ATPasas.
-Las saponinas son compuestos esteroides y glucósidos
triterpenos, llamadas así porque tienen propiedades similares al
jabón. La capacidad de ser solubles tanto en agua como en lípidos
le confiere este nombre. La actividad que realizan y las hace
mortales es la interferencia con la asimilación de los esteroles o
con la disrupción de las membranas celulares una vez que se
encuentran en el torrente sanguíneo.

20. Compuestos Fenólicos
-Son productos que contienen un grupo fenol
-Muchos sirven como protección contra herbívoros y patógenos,
pero también sirven como soporte mecánico, como atrayentes de
polinizadores, absorben radiación ultravioleta perjudicial, tienen
parte en procesos de simbiosis vegetal (fijación de nitrógeno) o
inhiben el crecimiento de plantas cercanas. Y con poca certeza
podrían ejercer un efecto regulador sobre el crecimiento de los
vegetales.
-La presencia de fenoles es una característica de los tejidos
vegetales.
-Los polifenoles contribuyen al sabor, aroma y color de alimentos
y bebidas industriales. Y son utilizados en el curtido de pieles.

21. Existen fenoles simples (C6), como el propiamente dicho
fenol, el catecol y el fluoroglucinol. Existen también
derivados con cadenas laterales de uno, dos o tres carbonos,
representados, entre otros compuestos por el ácido salicílico
(C6-C1), el ácido salicílico es un eficaz agente alelopático,
por ejemplo en Quercus falcata. Un derivado de éste
compuesto es el ácido acetilsalicílico (analgésico).

23. -Los ácidos hidroxicinamicos forman parte de la clase de
compuestos C6-C3, denominados fenilpropanoides. Los
fenilpropanoide dimericos constituyen los lignanos, los
cuales suelen ser componentes de las resinas. La
podofilotoxina, aislada del rizoma de Podophyllum peltatum
y utilizada en forma modificada para el tratamiento de
ciertos canceres, es un buen ejemplo de lignano.

24. - son los polímeros fenólicos mas importantes en
la naturaleza, puesto que proporcionan fuerza y rigidez
estructural a la pared de la célula vegetal. La lignificación
fue un hecho clave en la evolución de los vegetales, pues
permitió el desarrollo de las plantas herbáceas como arboles
y separo a las plantas vasculares de las algas y las briofitas,
las cuales no están lignificadas. Las ligninas se forman a
partir de los alcoholes coniferilico, 4-cumarilico y sinapilico.

25. - derivan estructuralmente del compuesto básico
flavona, especialmente abundante en las hojas de Primula. Son
compuestos representativos la 2,6 dimetoxibenzoquinona del
salvado de trigo; la yuglona, una naftoquinona del nogal; y la
emodina, una antraquinona amarilla del ruibarbo (Rheum
palmatum) y de la cascara sagrada (Rhamnus purshiana). La
yuglona es una sustancia alelopática responsable de que no
crezcan hierbas bajo el nogal. Las antraquinonas ejercen, según
la dosis administrada, una acción laxante o purgante.

26. - se clasifican en hidrolizables y condensados (no
hidrolizables por el calor o los acidos diluidos, a diferencia
de los primeros). Los taninos reaccionan con las proteínas
salivales y las glucoproteinas de la boca ejerciendo un efecto
astringente, lo cual hace que actúen como disuasorios
alimentarios para los depredadores.

27. Otro grupo importante de polifenoles son
compuestos que se caracterizan molecularmente por poseer
dos anillos fenólicos unidos por una cadena de dos átomos
de carbono. Estos compuestos se suelen acumular en la
medula del tronco de especies arbóreas como el pino o el
eucalipto. La forma molecular mas extendida es el
resveratrol, muy característico de las familias Pinaceae y
Vitaceae. A diferencia de la mayoría de los vegetales, en esta
ultima familia, concretamente en el genero Vitis, el
resveratrol se encuentra en los tejidos vivos que forman
parte de diferentes órganos, como hojas y frutos. Por
ejemplo, en la uva, el resveratrol se acumula principalmente
en la epidermis, y por ello las uvas y el vino constituyen la
fuente casi exclusiva de resveratrol en la dieta humana.

29. El compuesto básico es el fenol. Pero la mayoría son polifenoles.
Es un grupo químicamente heterogéneo con cerca de 10,000 compuestos:
algunos son solubles sólo en solventes orgánicos, algunos otros son ácidos
carboxílicos y glucósidos solubles en agua y otros son largos polímeros
insolubles.
Las dos rutas por las que las plantas pueden formar compuestos fenólicos son
la de los policétidos, predominante en las bacterias y los hongos; y la ruta del
acido siquímico, mayoritaria en las plantas superiores.
Muchos compuestos con dos o mas núcleos fenólicos, como los estilbenos y
los flavonoides, son producto de una biosíntesis mixta: poseen un anillo
formado por la ruta del acido siquimico y otro por la ruta de los policetidos.

31. Los policétidos, biosintetizados por la vía del
acetatomalonato. Las cadenas policetidas derivan de
unidades de malonil CoA (HOOC-CH2-COCoA) y de una
unidad de iniciacion (un cebador), la cual es, casi siempre, el
acetil CoA (CH3-COCoA), aunque también pueden ser otros
CoA-esteres. Además, la gran variedad estructural de los
derivados policetidos se debe a las numerosas
modificaciones secundarias, entre las cuales se puede incluir
la apertura de los anillos aromáticos. Como ejemplo de la
formación de compuestos fenólicos por la vía de los
policétidos, es la biosíntesis de floroglucinol.

33. Desde el punto de vista químico, la ruta del ácido siquímico
es un proceso por el cual un ciclohexano adquiere la
estructura aromática en tres etapas. En la primera es
introducido un doble enlace en la ciclación del acido
fosfoheptulosonico a 5-deshidroquinato. El segundo doble
enlace es introducido, por la perdida de agua, en la
conversión del acido siquimico a acido corismico, y el
tercero, en la conversión del acido prefenico a fenilpiruvico.

35. Alcaloides
-Son muy heterogéneos.
-Forman el grupo de sustancias vegetales secundarias más
representativo, numeroso y diverso. Debido a su diversidad, los
alcaloides son muy dificiles de definir de forma general y precisa.
-Los alcaloides presentan unos caracteres comunes que los
diferencian de los demás compuestos secundarios: son moléculas
orgánicas más o menos complejas; de carácter básico, por la
presencia en ellas de uno o mas átomos de nitrógeno formando
parte de un heterociclo; se sintetizan de aminoácidos o de sus
derivados inmediatos; su presencia en las plantas esta limitada a
determinados grupos taxonómicos; finalmente, son sustancias con
cierta toxicidad, preferentemente activas sobre el sistema nervioso
central.

36. -Sin embargo, existe una variedad de compuestos secundarios que,
aunque no cumple todas las características mencionadas, se incluye
en este amplio grupo de compuestos naturales.
-Los alcaloides frecuentemente experimentan un metabolismo activo,
y en tal caso no son productos finales. Así, se ha observado que la
vida media de estos compuestos es muy variable; por ejemplo, en la
tomatina es de 6 dias, mientras que en la morfina y la ricinina es tan
solo de 7 y 4 horas, respectivamente. Este hecho es la causa de las
fluctuaciones que se observan en su concentración a lo largo del día;
en el caso de la morfina, su máxima acumulación tiene lugar al
mediodía y, en consecuencia, este, es el mejor momento para la
recolección del opio.

37. La importancia de los alcaloides para la planta que los
produce radica en que constituyen reservorios de nitrógeno
para ella; al mismo tiempo, pueden actuar como sustancias
alelopáticas o como disuasorios alimentarios, con lo que
contribuyen a la defensa del vegetal frente a la competencia
con otras especies vegetales o el ataque de determinados
patógenos o depredadores.

38. Según su estructura molecular y su origen biosintético, los
alcaloides se clasifican en tres categorías principales:
alcaloides verdaderos, protoalcaloides y pseudoalcaloides.
Los alcaloides verdaderos son compuestos que poseen
un átomo de nitrógeno formando parte de un
heterociclo.
Los protoalcaloides son generalmente aminas
aromáticas.
Los pseudoalcaloides se forman por la incorporación
posterior del nitrógeno en compuestos libres de
este elemento.

39. Los grupos mas representativos de alcaloides verdaderos son
los derivados de la ornitina y la lisina. Algunos son
hepatotóxicos, narcóticos, antiparasitarios, antiarrítmicos e
insecticidas .

41. Los derivados de los aminoacidos aromáticos fenilalanina y
tirosina. Son bacteriostáticos, bactericidas, inhibidores del
crecimiento y germinación, disuasorios de insectos,
narcóticos, analgésicos y alquilantes (medicamentos contra
el cáncer).

43. Los derivados del aminoácido aromático triptófano y una parte
derivada del acido mevalonico. Son toxicos, agentes
anticolinesterásico (produce daño al sistema nervioso),
alucinógenos (como el LSD), antitumorales (los alcaloides
dimericos de Catharanthus roseus), fármacos de quimioterapia,
agentes antipalúdicos y antiarrítmia y disuasorios alimentarios.

45. Los protoalcaloides derivan de aminoácidos o aminas
biogenas, pero, a diferencia de los alcaloides verdaderos, el
nitrógeno se encuentra en una cadena alifática y no en un
sistema heterocíclico, salvo si el precursor es el triptófano.
Su síntesis implica una descarboxilacion del aminoacido
precursor que da lugar a las respectivas aminas simples, de
las que, mediante modificaciones estructurales, se originan
los diferentes protoalcaloides.

46. En este grupo destacan los alcaloides colchicina y taxol, entre
otros. La colchicina, aislada de Colchicum autumnale, tiene la
capacidad de inducir la formación de poliploides al producir una
duplicación del numero de cromosomas; recientemente se ha
evaluado como agente anticancerigeno, pero parece resultar
demasiado toxica para su uso clinico. En cambio, el taxol es uno
de los agentes anticancerigenos mas utilizados actualmente en
medicina. Este alcaloide diterpenico, aislado de diferentes
especies de Taxus, es portador de una cadena lateral derivada de
la fenilalanina. La acción anticancerígena del taxol radica en sus
propiedades antimitóticas. Este alcaloide se une a los micro
túbulos e inhibe su despolimerización, lo que bloquea la división
y el desplazamiento celulares.

48. Los pseudoalcaloides, a pesar de presentar un nitrógeno
heterociclico, aparentemente no estan relacionados con los
aminoacidos. Se forman por la adicion de compuestos de
amonio o nitrogeno libre a estructuras terpenicas o
derivadas de policetidos.

49. Entre ellos cabe destacar algunos alcaloides del genero
Solanum (esteroidicos), la aconitina (diterpenico) y la
coniina (derivado de policetidos). La aconitina, característica
de especies de Aconitum y Delphinium, es altamente toxica
para los animales. La coniina, un compuesto de estructura
relativamente simple, aislado de la cicuta (Conium
maculatum), es un conocido veneno, de cuyos efectos Platón
hace una dramática referencia en su dialogo Fedón, por ser el
causante de la muerte de Sócrates.

50. Bibliografía
• La información es un mero resumen parafraseado del tema de
Metabolismo Secundario en los siguientes libros:
• Fundamentos de Fisiología Vegetal, J. Azcon-Bieto y M. Talón. Edit.:
Mc Graw Hill. 2 ed.
• Plant Physiology, L. Taiz y E. Zeiger. Edit.: Artmed. 3 ed.
• Expuesto así para fines de estudio.